(57)【要約】本明細書では、ホイール用の非金属製のリムについて説明する。リムは、バレルを有する。バレルは、バレルの対向する縁から放射方向の外側に延びる第１フランジおよび第２のフランジを有し、バレルは、第１フランジおよび第２フランジのそれぞれの軸方向の内側に配置された第１ビードシートおよび第２ビードシートを含む。一次構造要素は、少なくとも第１フランジおよびバレルを通って延びており、一次構造要素は、使用時にリムによって支えられる放射方向および／または横方向の荷重の大部分を支えることができる。保護インサートは、第１フランジの外面と一次構造要素との間に配置されている、および／または、第１ビードシートの少なくとも一部は、一次構造要素から離間している。一次構造成分、ビードシート、および存在する場合は保護インサートは、ポリマーマトリックスによって結合されている。
2019523732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホイールに用いる非金属製のリムであって、
バレルを有し、
前記バレルが、前記バレルの対向する縁から放射方向の外側に延びる第１フランジおよび第２フランジを有し、前記バレルが、前記第１フランジおよび前記第２フランジのそれぞれ軸方向の内側に配置された第１ビードシートおよび第２ビードシートと、を含み、
一次構造要素が、少なくとも前記第１フランジおよび前記バレルを通って延びており、使用時に前記リムによって支えられる放射方向および／または横方向の荷重の大部分を支えることができ、
保護インサートが、前記第１フランジの外面と前記一次構造要素との間に配置されており、および／または、
前記第１ビードシートの少なくとも一部が、前記一次構造要素から離間しており、
前記一次構造要素、前記ビードシート、および存在する場合は前記保護インサートが、ポリマーマトリックスによって結合されている、非金属製のリム。
【請求項２】
前記保護インサートが、前記第１フランジの外面と前記一次構造要素との間に配置され、かつ、前記第１ビードシートの少なくとも一部が、前記一次構造要素から離間している、請求項１に記載の非金属製のリム。
【請求項３】
四輪自動車に適したホイールに用いられ、前記第１フランジが外側フランジである、請求項１または請求項２に記載の非金属製のリム。
【請求項４】
自動二輪車に適したホイールに用いられる、請求項１または請求項２に記載の非金属製のリム。
【請求項５】
前記第１フランジと前記第２フランジとが、互いに実質的に対称的な種類である、請求項４に記載の非金属製のリム。
【請求項６】
前記一次構造要素が、前記第１フランジにおいて、実質的に垂直な部分を含み、「垂直」方向が、前記バレルによって定義される軸方向に対して実質的に垂直な方向に対応し、前記実質的に垂直な部分の上側は、前記第１フランジの上側の外縁に向かって外向きに湾曲した部分であり、前記実質的に垂直な部分の下側は、前記一次構造要素において前記バレル内に延びた部分に向かって前記ビードシートの下で湾曲した部分である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の非金属製のリム。
【請求項７】
前記保護インサートは、前記第１フランジの外面と前記一次構造要素の前記実質的に垂直な部分との間に配置されている、請求項６に記載の非金属製のリム。
【請求項８】
前記一次構造要素が構造繊維を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の非金属製のリム。
【請求項９】
前記構造繊維のうちの少なくともいくつかは、前記一次構造要素を放射方向から見た際に、軸方向と平行な方向に前記一次構造要素を通って延びている、請求項８に記載の非金属製のリム。
【請求項１０】
前記構造繊維が、炭素繊維、アラミド繊維、およびガラス繊維から選択される、請求項８または請求項９に記載の非金属製のリム。
【請求項１１】
前記構造繊維が、織られた、編まれた、縫われた、編組された、巻かれた、留められた、または他の状態で布に結合された、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の非金属製のリム。
【請求項１２】
前記構造繊維が、二軸または三軸に織られている、請求項７〜１１のいずれか一項に記載の非金属製のリム。
【請求項１３】
前記ポリマーマトリックスによっても結合された外層を有し、前記外層が、前記ビードシートの少なくとも一部、および／または、前記保護インサート上のカバーを形成する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の非金属製のリム。
【請求項１４】
前記外層が、構造繊維を含む、請求項１３に記載の非金属製のリム。
【請求項１５】
前記外層および前記一次構造要素のそれぞれが、構造繊維を含む複数の布層を有し、前記一次構造要素が、前記外層よりも多数の布層を有する、請求項１３または請求項１４に記載の非金属製のリム。
【請求項１６】
前記一次構造要素を放射方向から見た際に、前記一次構造要素の前記構造繊維の少なくともいくつかが、前記一次構造要素を通って軸方向と平行な方向に延びており、前記外層を放射方向から見た状態で、前記外層は、軸方向と平行な方向に延びる繊維を実質的に欠いている、請求項１５に記載の非金属製のリム。
【請求項１７】
前記一次構造要素が、三軸の布を含み、前記外層が、二軸の布を含む、請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の非金属製のリム。
【請求項１８】
前記外層が、前記バレルにおいて前記リムの軸に最も近い側面全体を覆って、前記第１フランジの前記保護インサートおよび存在する場合には前記第２フランジの前記保護インサートを覆って、前記第１フランジおよび前記第のフランジの両方の上側の外縁を覆って、各フランジから軸方向の内側に延びており、前記第１ビードシートおよび前記第２ビードシートをそれぞれ形成する、請求項１１〜１７のいずれか一項に記載の非金属製のリム。
【請求項１９】
前記保護インサートが、発泡体、ハニカム、および互いに軸方向に配置されるとともに互いに異なる剛性を備える複数の層、から選択されるインサートを含む、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の非金属製のリム。
【請求項２０】
前記外層が、前記保護インサート上に積層され、前記外層への損傷の視覚的な表示を提供するために、前記外層は、前記保護インサートと異なる色を、または、前記外層と前記保護インサートとの間に配置される任意の材料と異なる色を備える、請求項１３〜１９のいずれか一項に記載の非金属製のリム。
【請求項２１】
前記第１ビードシートと前記一次構造要素との間に充填材が配置されている、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の非金属製のリム。
【請求項２２】
前記充填材が、発泡体、ハニカム、および積層体から選択される、請求項２１に記載の非金属製のリム。
【請求項２３】
前記充填材に、前記ホイールのスポークに取り付けるための取付要素が埋め込まれている、請求項２１または請求項２２に記載の非金属製のリム。
【請求項２４】
前記取付要素が、ナットまたはボルトである、請求項２３に記載の非金属製のリム。
【請求項２５】
前記取付要素がナットであり、前記ナットへのボルトの挿入を可能にするために、前記一次構造要素に開口部が設けられている、請求項２４に記載の非金属製のリム。
【請求項２６】
充填要素が、前記第１フランジ内の前記一次構造要素の端部に隣接して配置されており、前記第１フランジにおいて前記リムの周囲の周りの少なくとも一部に延びている、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の非金属製のリム。
【請求項２７】
前記充填要素が、前記リムの周囲に周方向に延びる実質的に一方向の繊維材料を含む、請求項２６に記載の非金属製のリム。
【請求項２８】
一つ以上のセンサが、前記保護インサート内または前記保護インサートに隣接して、および／または、ビードシートと一次構造要素との間に設けられており、前記リムまたはその上に配置されたタイヤに関する情報を含む信号を受信機に送る。請求項１〜２７のいずれか一項に記載の非金属製のリム。
【請求項２９】
前記一つまたは複数のセンサは、前記保護インサートおよび／または前記保護インサートを覆うあらゆる層に対するあらゆる損傷についての情報を受信機に送信する、請求項２８に記載の非金属製のリム。
【請求項３０】
請求項１〜２９のいずれか一項に記載のリムを備えるホイール。
【請求項３１】
四輪の車両用であり、前記第１フランジが外側フランジである、請求項３０に記載のホイール。
【請求項３２】
前記四輪の車両が自動車である、請求項３１に記載のホイール。
【請求項３３】
自動二輪車用である、請求項３０に記載のホイール。
【請求項３４】
請求項３０〜３３のいずれか一項に記載のホイールを備える車両。
【請求項３５】
請求項１〜２９に記載のリムを製造する方法であって、
一次構造要素、ビードシート、および存在する場合は保護インサート、ならびに、充填材のように前記リムにおける任意の他の要素を組み立て、これらをポリマーマトリックス中で一緒に結合することを含む、方法。
【請求項３６】
前記一次構造要素および／または前記ビードシートに、繊維材料または布に予め含浸させたものを使用することを含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
湿式レイアップ工程を含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
樹脂トランスファー成形を含む、請求項３５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、ホイール、特に繊維複合材料および／またはプラスチック材料を含むリム等の非金属製のリムを有するホイールに関する。本明細書に記載のリムおよびホイールは、例えば、自動車、自動二輪車、自転車および航空機等の電動式および非電動式の車両とともに使用するためのものであってもよい。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化プラスチックのような複合材料から作られたホイールは、近年大きな進歩を遂げている。しかしながら、最近の設計でさえもある種の欠点を有する場合がある。例えば、非常に高いおよび／または突然の軸方向または放射方向の荷重または衝撃を受けたホイールは、ホイールの構造的完全性を損なう場合があり、タイヤの収縮および／または車両の制御の喪失につながることがある。これは、高速を経験する自動車および自動二輪車にとって特に問題である。さらに、安全上の理由から、正確な損傷の評価が困難であるとともに単純にリム全体を交換するよりも簡便に交換可能な要素が欠如しているため、リムへの構造的損傷がリム全体を交換することに繋がる場合がある。ときには、リムの損傷が検出されない場合があり、ホイールが車両で使用されてから故障した場合に安全上の問題になることがある。
【発明の概要】
【０００３】
第１の態様において、ホイール用の非金属製のリムが提供される。前記リムは以下を構成要素として含む。バレルは、前記バレルの対向する縁部から放射方向の外側に延びる第１フランジおよび第２フランジを有し、前記バレルは、前記第１フランジおよび前記第２フランジのそれぞれ軸方向の内側に配置された第１ビードシートおよび第２ビードシートを含む。前記一次構造要素は、少なくとも前記第１フランジおよび前記バレルを通って延びており、任意で前記一次構造要素は、使用時に前記リムによって支えられる放射方向および／または横方向の荷重の大部分を支えることができる。前記保護インサートは、前記第１フランジの外面と前記一次構造要素との間に配置されており、および／または、前記第１ビードシートの少なくとも一部が、前記一次構造要素から離間している。任意で、前記一次構造要素、前記ビードシート、および存在する場合は前記保護インサートが、ポリマーマトリックスによって結合されている。
【０００４】
第２の態様では、第１の態様のリムを含むホイールが提供される。
【０００５】
第３の態様では、第２の態様のホイールを備える車両が提供される。
【０００６】
第４の態様では、第１の態様のリムの製造方法が提供される。前記方法は、前記一次構造要素、前記ビードシート、および存在する場合は前記保護インサート、ならびに充填材のように前記リムにおける他の任意の構成要素を組み立て、これらをポリマーマトリックスによって一緒に結合することを含む。
【０００７】
複合ホイールの従来技術におけるリムの典型的な設計では、バレルがバレルの対向する縁から放射方向の外側に延びる２つのフランジを有する。バレルは、断面がほぼ円筒形である。ビードシートは、通常バレルの内側に配置されている。ビードシートは、内側リムにおいてタイヤがホイールに着座する面である。フランジは、ホイール上におけるタイヤの横方向（すなわち軸方向）の動きを防止する。一般に、市販の複合ホイールは、フランジ、ビードシート、およびバレルにおいてビードシート間の部分を形成するように、一体的に形成および輪郭形成されたリムを有する。本発明者らは、ビードシートを通る突然の荷重および／または高荷重の伝達が、ホイールの構造的完全性を損なう原因の一つになり得ることを見出した。本明細書に記載のリムの実施形態は、軽量構造と、車両や航空機において高性能の状況での使用を可能にする所望の特性と、を依然として有する一方で、突然のおよび／または高い軸方向荷重および／または放射方向荷重による損傷を被る傾向を低減する。さらに、いくつかの従来技術のリムにおけるリムへの損傷は、検出されないか、または一旦検出されると、大きな構造的欠陥という結果をもたらし、その結果、リムの強度が低下することが判明した。本明細書に記載のリムの実施形態は、リムへの損傷の早期検出と、損傷が悪化する前に、および／または、車両の安全上の問題となり得る前に、損傷が深刻であるかどうかを判断するためにリムがさらなる検査を必要とすることの示唆と、を可能にする。さらに、製造工程の再現性を向上させながら、リムをハイブリッドホイールおよびモノブロックホイールで使用することができる。
【０００８】
本明細書に記載の実施形態は、以下のさらなる利点を有する。
１）荷重経路が、ホイール構造の全体に亘って内面または外面のいずれにも倣わない。これは、フランジからフランジに向かう方向の変化が少ない荷重経路を生み出し、荷重経路内の応力集中点を減少させ、優れた機械的性能、高い軸方向および／または放射方向の荷重がリムに加わった際に破損傾向が少ないという結果をもたらす。
２）例えば発泡体等の充填材は、ビードシートを支持するために使用することができ、ビードシート上の繊維材料は、ホイールのフランジからフランジへの曲げ剛性を著しく増大させない繊維配向を有することができる。
３）例えば、自動車のインボードおよび外側フランジ（ｉｎ−ｂｏａｒｄ  ａｎｄ  ｏｕｔｂｏａｒｄ  ｆｌａｎｇｅ）やバイクホイールの左側および右側フランジ等のリムのフランジの一方または両方に一体化された犠牲層（保護インサート、および例えば本明細書に記載の外層等の任意の上層）を使用することによって、衝撃下およびホイールの誤った取り扱い下におけるホイールの一次荷重支持構造の保護を改善する。
４）ホイールのフランジの軸方向および放射方向の衝撃によって引き起こされる荷重の吸収および消散を改善する。フランジは、インボードおよび外側フランジであってもよい。
５）リムへの衝撃におけるエネルギーの偏りおよび／または消散を改善することにより、例えば外層から一次構造要素への亀裂伝播の傾向が減少する。
６）統合犠牲層への損傷の視認検出が改善され、損傷についてホイールを検査し、使用を中止する必要があることが示唆される。
７）犠牲層システムへの損傷のために、犠牲層に組み込まれた埋め込み型の電気的な警報検出システムの使用による間接的な検出は、損傷についてホイールを検査し、使用を中止する必要があることを示唆する。
８）発泡体を置き換えるために、円形フープ部分で製造された三次元に設計された繊維層材料は、剛性および耐衝撃性を改善する。
【０００９】
本出願は、例えば繊維強化モノブロックまたはハイブリッド成形タイプのホイールにこれらの安全機能を組み込むための設計、構造および製造工程を詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】リムの一の実施形態が、自動車用のハイブリッドホイールに組み込まれた場合の断面図を示す。
【図２】自動車のホイールに使用するための本明細書に記載のリムの一の実施形態の断面図を示し、リムは、左側に外側フランジ、右側に内側フランジを有する。
【図３Ａ】図２に示すリムの外側フランジの拡大断面図である。
【図３Ｂ】放射方向から見た場合の、一次構造要素に使用するための三軸の布を概略的に示し、布の繊維の軸の一つが軸方向と平行である状態、すなわちフランジからフランジ（Ａ−第１フランジから第２フランジ）に向かう方向に沿って延びている状態である。
【図３Ｃ】放射方向から見た場合の、例えばビードシートの一部として外層に使用するための二軸の布を概略的に示し、布の繊維の軸のいずれもが軸方向に平行ではない、すなわちフランジからフランジ（第１フランジから第２フランジへ）に向かう方向に沿って延びておらず、布の各軸は、フランジからフランジに向かう方向（または軸方向Ａ）に対して約４５度の角度を成している。
【図４】図２のリムの内側フランジの拡大断面図を示す。
【図５Ａ】第１フランジの実施形態を示し、第１フランジは、保護インサート内に配置されたセンサを有する。
【図５Ｂ】第２フランジの実施形態を示し、第２フランジは、保護インサート内に配置されたセンサを有する。
【図６】（軸方向に沿って見た場合の）自動二輪車に使用可能な多成分ハイブリッドホイールの正面図を示す。
【図７】図７Ａは、自動二輪車に使用可能な多成分ハイブリッドホイールの（図６のＡ−Ａ断面に沿う）断面図を示す。図７Ｂは、図７Ａのホイールの右側のフランジの拡大図を示す。
【図８】図６のリムさらなる実施形態の断面図を示し、当該リムも自動二輪車に使用可能な多成分ハイブリッドホイールである。
【図９】下記の実施例に記載されるラジアル疲労試験に使用される装置を概略的に示す。
【図１０】下記の実施例において試験された参考ホイールの断面を概略的に示す。
【図１１】本開示に係るホイール（この図ではＭｋ２と表示）と参考ホイール（この図ではＭｋ１と表示）について行われたラジアル疲労試験の結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
任意のおよび好ましい特徴は以下に記載される。任意の又は好ましい特徴は、本発明の任意の態様と、または、任意の又は好ましい特徴と、組み合わせることができる。
【００１２】
非金属製のリムは、鋼、アルミニウムまたはマグネシウムベースの合金等の合金ではなく、主として（すなわち、少なくとも５０体積％の、任意で少なくとも７０体積％の、任意で少なくとも９０体積％の）繊維強化プラスチック等の非金属成分から作られるリムとして定義されてもよい。上記に関わらず、非金属製のリムは、必要に応じて取付手段などの金属構成要素を含んでもよい。
【００１３】
リムは、ワンピースのモノブロックやマルチピースのハイブリッドホイールなど、様々なタイプのホイールとともに使用したり、それらに含めたりすることができる。リムを含むホイールは、自動車産業または航空宇宙産業で使用するためのものであってもよい。リムを含むホイールは、自動二輪車および自転車を含むがこれらに限定されない他の種類の車両にも使用されてもよい。
【００１４】
ワンピースのモノブロックの成形複合ホイール（以下、「モノブロック」ホイールと称する）は、組み立て製造中にスポークとリム（またはバレル）とが物理的に接合されてワンピースのリム／スポーク構造を形成するホイールと定義することができる。ホイールに関する様々なよく知られた技術的問題を解決するために、必要に応じて特定の金属製部品／非金属製部品およびハブインサートを、ホイールに追加、固定、または埋め込んでもよい。ワンピースのモノブロックホイールにおけるスポーク部分の繊維は、構築中にリム／バレルに物理的に絡み合っているかまたは埋め込まれている、および／または、スポークとリムとは同じポリマーマトリックスによって一緒に結合されている。
【００１５】
マルチピースハイブリッドホイール（以下、「ハイブリッド」ホイールと称する）は、リム（またはバレル）が繊維強化および／またはプラスチック材料を単一のピースとして用いて構成され、その上に別に構成されたスポークおよびハブ部が、機械的な取り付け手段によって分離可能に固定または接着されるホイールと定義することができる。本明細書で言及されるハイブリッドホイールは、以下のものを有するホイールを含み得る。
ａ．ホイールの製造に適した金属から鋳造または機械加工することができる金属製スポークまたはディスク中心部。
ｂ．非金属材料からレイアップまたは、成形および／または機械加工できる繊維強化および／またはプラスチック材料のスポークまたはディスク中心部。
【００１６】
１）モノブロックと２）ａおよびｂのマルチピースハイブリッドホイールの両方のタイプについて、リム／バレル、および／または、スポーク部分の製造に使用できる３つのタイプの成形工程がある。リム／バレル、および／または、スポーク部分は、下記の一般的な製造工程の一つ以上を用いることができる。
１．繊維材料または布に予め樹脂を含侵させる、繊維材料の予備含浸（以下、「プレプレグ」材料と称する）。これらのプリプレグ材料は、開放型または閉鎖型の金型に入れられ、その後、オートクレーブまたは他のオートクレーブ外のオーブンで／金型ツールに一体化された加熱システム内で熱硬化される。
２．乾燥繊維材料を金型に入れて硬化のために金型を閉じる前に、自動または手動の樹脂塗布器を用いて含浸させる、湿式レイアップ（以後「湿式レイアップ」と称する）。
３．乾燥繊維材料を金型ツールに入れ、次いで金型を閉じて液体樹脂を圧力下で注入して金型ツール内の材料に含浸させる、樹脂トランスファー成形（以下「ＲＴＭ」と称する）方法。金型ツールは、注入後に樹脂を硬化させるために加熱される。
【００１７】
いずれの場合も、金属製および非金属製のインサート、締め具、および、アラミド、セラミック、構造発泡体等のような、ただしこれらに限定されない他の材料を使用して、機械的性能を高め、ホイールの組み立て／締結点、および車両への取り付けを提供できる。センサおよび視覚的インジケータは、ホイールまたはリム成形工程の前、最中、または後に埋め込むか追加してもよい。
【００１８】
３つの製造工程すべてにおいて、モノブロックまたはハイブリッドホイール／バレル／リムは、樹脂が硬化した後にツール（または金型）から取り外され、さらに加工され、トリミングされ、および完成したホイールに組み立てられ、仕上げされ／コーティングされて、車両への装備品のために準備される。
【００１９】
一の実施形態では、本明細書に記載のリムは、一次プリプレグ、湿式レイアップ、またはＲＴＭの３つの製造工程のいずれか一つまたはそれらの組み合わせによって製造される繊維強化モノブロックまたはハイブリッド複合／プラスチックホイールリム（またはバレル）部分に組み込まれてもよい、または、その一部を形成してもよい。
【００２０】
一の実施形態では、本発明は、耐衝撃性材料を組み込んだ二次犠牲構造の使用によって、ホイール構造の非常に脆弱な外側および内側リム領域の一次総合荷重経路を横方向および放射方向の衝撃による損傷から保護するための設計および構築方法を含む。
【００２１】
本明細書に記載されているように、一次荷重経路は、使用時にリムによって支えられる放射方向および／または軸方向の荷重の大部分が通る経路である。一次荷重経路は、典型的には、本明細書に記載されるように一次構造要素を通過するであろう。一の実施形態では、一次荷重経路は、放射方向および／または横方向の衝撃に対して最も脆弱な領域全体にわたって、内部ビードシートまたは外部リムフランジに倣っていない。衝撃領域から広い領域に物理的保護を施すとともに衝撃領域から広い領域に荷重を遠ざけ、それによって広い領域への衝撃エネルギーを消散させ、荷重経路への剪断および横方向の応力を低減するために、一次荷重経路は、一層以上の高衝撃材料の間に挟まれてもよい。
【００２２】
一の実施形態では、構造の第２の、それ故に構造の犠牲的な要素（例えば保護インサート）は、製造工程中にリムに組み込むことができ、別々に製造された、または取り外し可能な要素であることを意図しない。
【００２３】
リムは、ホイールの安全最大荷重を超える可能性があるホイールへの損傷の視覚的および／または電子的な表示を組み込んでもよく、損傷したモノブロックまたはハイブリッドホイールの検査および可能性として交換を要求できる。
【００２４】
リムは、リムにおいて一次荷重経路に隣接するがその一部ではない部分に配置される視覚的および／または電子的センサシステムを含んでもよい。
【００２５】
一の実施形態では、ハイブリッドホイール用のリムにおいて、
１）構造発泡体によってビードシートから分離される構造一次荷重経路において、スポークまたはディスク部分をリム／バレルに組み込むための締め具の正確な配置を容易にするために、リムは、リム部分の充填材（例えば発泡体）内に正確に配置された金属インサートを組み込んでもよい。
２）本発明は、一次荷重経路を通る締め具が、ビードシートにおいてタイヤの空隙に入らない領域内における複合材料の固体層で包まれることを確実にする。したがって、本発明は、二次空気シールを必要としない。
【００２６】
一の実施形態では、一次構造要素は、使用時にリムが支える放射方向および／または横方向の荷重の大部分を支えることができる。これのことは、一の実施形態では、一次構造要素が繊維を含む場合、一次構造部材を放射方向から見た際に、一次構造要素の構造繊維の少なくとも一部（例えば、個数で少なくとも２５％、任意に個数で少なくとも３０％）が軸方向と平行な方向に一次構造要素を通って延びることによって示され得る。一実施形態では、使用時にリムによって支持されるであろう放射方向および／または横方向の荷重の大部分を支えることができる一次構造要素は、リムの他の構成要素（非一次構造要素、すなわち保護インサートおよび／または充填材、ならびにその上の任意の上層）が除去された状態で、リムの放射方向または軸方向の最大荷重（Ｎ単位）の５０％を支えることができる一次構造要素によって示される。
【００２７】
本明細書に記載されるように、ホイール用の非金属製のリムが提供される。リムは、バレルを有する。
バレルは、バレルの対向する縁部から放射方向の外側に延びる第１フランジおよび第２フランジを有し、バレルは、第１フランジおよび第２フランジのそれぞれ軸方向の内側に配置された第１ビードシートおよび第２ビードシートを含む。一次構造要素は、少なくとも第１フランジおよびバレルを通って延びており、任意で、一次構造要素は、使用時にリムによって支えられる放射方向および／または横方向の荷重の大部分を支えることができる。
保護インサートが、第１フランジの外面と一次構造要素との間に配置されており、および／または、
第１ビードシートの少なくとも一部は、一次構造要素から離間している。
任意で、前記一次構造成分、前記第１ビードシートおよび／または第２ビードシート、および存在する場合は前記保護インサートは、ポリマーマトリックスによって結合されている。
【００２８】
一実施形態では、ホイール用の非金属製のリムが提供される。リムは、以下の要素を有する。
バレルは、バレルの対向する縁部から放射方向の外側に延びる第１フランジおよび第２フランジを有し、バレルは、第１フランジおよび第２フランジのそれぞれ軸方向の内側に配置された第１ビードシートおよび第２ビードシートを含む。
一次構造要素は、少なくとも第１フランジおよびバレルを通って延びており、一次構造要素は、使用時にリムによって支えられる放射方向および／または横方向の荷重の大部分を支えることができる。
保護インサートが、第１のフランジの外面と一次構造要素との間に配置されている、および／または、
第１ビードシートの少なくとも一部は、一次構造要素から離間している。
一次構造成分、第１ビードシートおよび／または第２ビードシート、および存在する場合は保護インサートは、ポリマーマトリックスによって結合されている。
【００２９】
好ましくは、一次構造要素は、第１フランジ、バレル、および第２フランジを通って延びている。一の実施形態では、保護インサートが第２フランジの外面と一次構造要素との間に配置されている、および／または、ビードシートにおいて少なくとも第２フランジに最も近い部分が一次構造要素から離間する。
【００３０】
一の実施形態では、保護インサートは、第１フランジの外面と一次構造要素との間に配置され、第１ビードシートの少なくとも一部は、一次構造要素から離間している。
【００３１】
一の実施形態では、保護インサートは、第２フランジの外面と一次構造要素との間に配置され、ビードシートにおいて少なくとも第２フランジに最も近い部分は、一次構造要素から離間している。
【００３２】
一の実施形態では、リムは、自動車等の四輪の車両に適したホイール用であり、第１フランジは外側フランジである。したがって、自動車等の四輪の車両用のホイールも提供され、第１フランジは、外側フランジである。
【００３３】
一の実施形態では、リムは、自動車等の四輪の車両に適したホイール用であり、第１フランジは、内側フランジである。したがって、自動車等の四輪の車両用のホイールも提供され、第１フランジは内側フランジである。
【００３４】
一の実施形態では、リムは、二輪の車両に適したホイール用であり、二輪の車両は、自動二輪車等の電動車両であってもよい。一の実施形態では、リムは、二輪の車両に適したホイール用であり、二輪の車両は、自転車等の非電動車両であってもよい。
【００３５】
一の実施形態では、例えば二輪の車両では、第１フランジと第２フランジは互いに同じ種類を有する。一の実施形態では、例えば二輪の車両では、第１フランジと第２フランジとは互いに実質的に対称的な種類である。
【００３６】
ホイールは、モノブロックホイールまたはマルチピースハイブリッドホイールであってもよい。
【００３７】
一の実施形態では、一次構造要素は、第１フランジ内に実質的に垂直な部分を含み、「垂直」方向は、バレルによって規定される軸方向に対して実質的に垂直な方向に対応する。任意で、実質的に垂直な部分の上には、第１フランジの上側の外縁に向かって外向きに湾曲する部分がある。任意で、実質的に垂直な部分の下には、第１のビードシートの下で、一次構造要素においてバレル内に延びている部分に向かって湾曲する部分がある。
【００３８】
一の実施形態では、保護インサートは、第１フランジの外面と一次構造要素の実質的に垂直な部分との間に配置される。
【００３９】
一の実施形態では、一次構造要素は、第２フランジ内に実質的に垂直な部分を含み、「垂直」方向は、バレルによって規定される軸方向に対して実質的に垂直な方向に対応する。任意で、実質的に垂直な部分の上には、第２フランジの上側の外縁に向かって外向きに湾曲する部分がある。任意で、実質的に垂直な断面の下には、第２ビードシートの下で、一次構造要素においてバレル内に延びている部分に向かって湾曲する部分がある。
【００４０】
任意で、一次構造要素は構造繊維を含む。任意で、構造繊維のうちの少なくともいくつかは、放射方向から見た際に、リムによって規定される軸に沿って第１のフランジからの方向に一次構造要素を通って延びている。本明細書に記載されるように、繊維が特定の方向に沿って延びるかまたは平行である場合、繊維はその方向から２０度以下の角度であってもよいし、任意でその方向から１５度以下の角度であってもよいし、任意でその方向から１０度以下の角度であってもよいし、任意でその方向から５度以下の角度であってもよいし、任意でその方向から３度以下の角度であってもよいし、任意でその方向から１度以下の角度であってもよいし、任意に厳密にその方向に平行であってもよい。
【００４１】
構造繊維は、炭素繊維、アラミド繊維、およびガラス繊維から選択してもよい。
【００４２】
一の実施形態では、構造繊維は布を形成する。構造繊維は、織られ（ｗｏｖｅｎ）、編まれ（ｋｎｉｔｔｅｄ）、縫われ（ｓｔｉｃｈｅｄ）、編組され（ｂｒａｉｄｅｄ）、巻かれ（ｗｏｕｎｄ）、留められ（ｓｔａｐｌｅｄ）、さもなければ布に結合されていてもよい。一の実施形態では、構造繊維は、（ポリマーマトリックスによって結合されてリムを形成する前に）他の繊維および／またはポリマーによって結合されていてもよい。構造繊維の少なくともいくつかは、例えば二軸の布または三軸の布において互いに整列されていてもよいし、またはランダムに互いに配向されていてもよい。好ましくは、一次構造要素において少なくともいくつかの繊維は、例えば二軸の布または三軸の布において互いに整列されていてもよいし、好ましくは、少なくともいくつかの繊維は、（以下により詳細に記載されるように）フランジからフランジに向かう方向に配向される。構造繊維は、例えば３Ｄ織り工程または３Ｄ編組工程で、例えば繊維が３Ｄ（３次元）に配向している材料等の３Ｄ（３次元）材料に形作られる。
【００４３】
一の実施形態では、構造繊維は、二軸または三軸に織られている。二軸の織布は、本明細書では、互いにある角度を成して織られた２組の繊維を有する布として定義してもよく、２組の繊維は互いに９０度の角度であってもよい。三軸の織布は、本明細書では、３組の繊維を有する布として定義してもよく、各組は、他の２組のうちの一つの組に対して異なる配向で織られている。例えば、第１の組は０度、第２の組は第１の組に対して＋６０度、第３の組は第１の組に対してー６０度に設定してもよい。三軸の布は、本明細書に記載されているように、３方向に配向された構造繊維を含んでもよく、任意で、例えば第４の方向において他の繊維に織り込まれ得るまたは縫い込まれ得る構造繊維等のさらなる繊維を含んでもよい。これは、製造工程を支援することができる。
【００４４】
一の実施形態では、リムはポリマーマトリックスによっても結合された外層を含み、外層は、ビードシートおよび／または第１保護インサート上のカバーを形成する。外層は、任意で外層と一次構造要素との間に配置された一つ以上のさらなる要素とともに、一次構造要素の少なくとも一部の上に配置された層として定義してもよい。任意で、外層はリムの最外層を形成し、例えば、それ以上の層はその上に配置されていない。代替の実施形態では、一つ以上のさらなる層が外層の上に存在してもよい。
【００４５】
一の実施形態では、外層は構造繊維を含む。
【００４６】
一の実施形態では、外層および一次構造要素はそれぞれ、構造繊維を含む少なくとも一つの布層を含み、任意で、一次構要素は、外層よりも多数の布層を含む。
【００４７】
一の実施形態では、外層および一次構造要素はそれぞれ、構造繊維を含む複数の布層（例えば、少なくとも２つの布層）を含み、任意で、一次構造要素は外層よりも多数の布層を含む。任意で、一次構造要素は、構造繊維を含む二つ以上の布層、任意で三つ以上、任意で構造繊維を含む四つ以上の布層を含む。
【００４８】
一の実施形態では、一次構造要素の少なくともいくつかの構造繊維は、リムによって規定される軸と実質的に平行な方向に一次構造要素を通って延びている。
【００４９】
一の実施形態では、外層は、リムによって規定される軸と実質的に平行な方向に一次構造要素を通って延びている繊維を実質的に欠く。
【００５０】
一の実施形態では、一次構造要素は三軸の織布を含み、外層は二軸の織布を含む。本明細書に記載の二軸の布および三軸の布は、好ましくは炭素繊維から形成される。
【００５１】
一の実施形態では、一次構造要素、第１ビードシートおよび／または第２ビードシート、および存在する場合は第１フランジおよび／または第２フランジ内の保護インサート、ならびに存在する場合はビードシートと一次構造要素との間に配置される充填材は、ポリマーマトリックスによって結合されている。ポリマーマトリックスは、熱可塑性ポリマーおよび熱硬化性ポリマーから選択されるポリマーを含んでもよい。ポリマーマトリックスは、エポキシ樹脂（ＥＰ）、ポリエステル樹脂（ＵＰ）、ビニルエステル樹脂（ＶＥ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ビスマレイミド（ＢＭＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、およびベンゾオキサジンから選択されるポリマーを含み得る。
【００５２】
保護インサートは、リムに放射方向および／または軸方向に加えられる衝撃から一次荷重構造を保護するように機能してもよい。一の実施形態では、保護インサートは、リムに軸方向および／または放射方向に加えられる荷重または衝撃からのエネルギーを吸収および／または偏向および／または消散させるように機能してもよい。一の実施形態では、保護インサートは、リムへの（軸方向および／または放射方向の）衝撃からのエネルギーを偏向および／または消散させ、例えば外層から一次構造要素への亀裂伝播の傾向を低減させるように機能する。
【００５３】
一の実施形態では、保護インサートは衝撃吸収材料を含み、衝撃吸収材料は、発泡体、ハニカム、積層構造、および布から選択してもよい。発泡体は、連続気泡発泡体または独立気泡発泡体であってもよい。発泡体は、発泡ポリアクリルアミド、発泡ポリウレタン、発泡ポリスチレン、発泡塩化ビニル、発泡アクリルポリマー、発泡ポリエチレン、発泡ポリプロピレンおよび発泡ビニルニトリル等の発泡ポリアクリルアミドから選択することができる発泡ポリマーを含んでもよい。一の実施形態では、保護インサートは、ゴム等のエラストマーポリマーを含み、エラストマーポリマーは、スチレンブタジエンなどの合成ゴム、または天然ゴムであってもよい。エラストマーポリマーは発泡してもしなくてもよい。
【００５４】
保護インサートは、リムの周りに周方向に少なくとも部分的に、任意で全体に延びてもよい。
【００５５】
保護インサートは、ＡＳＴＭ  Ｄ  １６２２により測定される少なくとも１０ｋｇ／ｍ３の、任意で少なくとも２０ｋｇ／ｍ３の、任意で少なくとも３０ｋｇ／ｍ３の、任意で少なくとも４０ｋｇ／ｍ３の密度を有してもよい。保護インサートは、ＡＳＴＭ  Ｄ  １６２２によって測定される１２０ｋｇ／ｍ３以下の、任意で１１０ｋｇ／ｍ３以下の、任意で７５ｋｇ／ｍ３以下の、任意で６０ｋｇ／ｍ３以下の密度を有してもよい。保護インサートは、ＡＳＴＭ  Ｄ  １６２２により測定される１０ｋｇ／ｍ３〜１２０ｋｇ／ｍ３の、任意で２０ｋｇ／ｍ３〜１２０ｋｇ／ｍ３の、任意で３０ｋｇ／ｍ３〜１２０ｋｇ／ｍ３、任意で４０ｋｇ／ｍ３〜８０ｋｇ／ｍ３、任意で４０ｋｇ／ｍ３〜６０ｋｇ／ｍ３、任意で４０ｋｇ／ｍ３〜８０ｋｇ／ｍ３の密度を有してもよい。
【００５６】
保護インサートは、ＡＳＴＭ  Ｄ  １６２１によって測定される少なくとも０．１ＭＰａの、任意で少なくとも０．２ＭＰａの、任意で少なくとも０．３ＭＰａの、任意で少なくとも０．５ＭＰａの、任意で少なくとも０．６ｍｐａの、任意で少なくとも０．７ｍｐａの、任意で少なくとも０．８ｍｐａの、任意で少なくとも０．９ｍｐａの圧縮強度を有してもよい。保護インサートは、ＡＳＴＭ  Ｄ  １６２１によって測定される５ＭＰａ以下の、任意で４ＭＰａ以下の、任意で３ＭＰａ以下の、任意で２ＭＰａ以下の、任意で１．５ＭＰａ以下の、任意で１ＭＰａ以下の圧縮強度を有してもよい。保護インサートは、ＡＳＴＭ  Ｄ  １６２１によって測定される０．１ＭＰａ〜５ＭＰａの、任意で０．３ＭＰａ〜４ＭＰａの、任意で０．４ＭＰａ〜４ＭＰａの、任意で０．７ＭＰａ〜３．５ＭＰａの、任意で０．７ＭＰａ〜２ＭＰａの、任意で０．７ＭＰａ〜１．５ＭＰａの、任意で０．７ＭＰａ〜１．３ＭＰａの圧縮強度を有してもよい。
【００５７】
保護インサートに使用することができる発泡体の例には、例えばＲｏｈａｃｅｌｌ（登録商標）のＩＧおよびＩＧ−Ｆ発泡体などのＲｏｈａｃｅｌｌ（登録商標）から入手可能な独立気泡ポリメタクリルイミド発泡体が含まれる。
【００５８】
一の実施形態では、保護インサートは複数の層を含む。一の実施形態では、複数の層は、例えば互いに異なる弾性率等の互いに異なる剛性を有してもよい。一の実施形態では、保護インサートは複数の層を含み、これらの層は互いに対して軸方向に配置される（すなわち、リムの断面において（例えば、図１、２または３に示すように）複数の層が保護インサートと外層との間に配置される）。一の実施形態では、保護インサートは複数の層を含み、第２の層よりも一次構造要素に近接して配置された第１の層を有し、第１の層は、第２の層よりも高い剛性（より高いヤング率）を有する。一の実施形態では、３つ以上の層が設けられ、これらの層は、互いに対してリム内で軸方向に配置され、軸方向において、一次構造要素から、例えば第１フランジおよび／または第２フランジ等のこれらの層が配置されているフランジの外面に向かって、層の剛性（すなわち、層のヤング率）が次第に低くなる。フランジの外面に向かって剛性の低いインサートを有することは、衝撃からの荷重を広い範囲にわたって分散させることを補助する。すなわち、衝撃吸収領域を形成し、一次構造要素への損傷の可能性を減少させる。
【００５９】
一の実施形態では、外層は、第１フランジおよび／または第２フランジ内で保護インサートを覆い、外層への損傷の視覚的表示を提供するために、外層は、保護インサートとは異なる色、または外層と保護インサートとの間に配置され得る任意の材料と異なる色を有する。保護インサートおよび／または外層と保護インサートとの間に配置され得る任意の材料は、鮮やかに着色されてもよい（例えば、白色、緑色、黄色、蛍光色、原色、または原色の任意の組み合わせを有する）。
【００６０】
第１フランジおよび／または第２フランジ上の保護インサートを覆う外層は、軸方向Ａから見たときに、放射方向Ｒに整列した繊維を欠いていてもよい。すなわち外層の繊維は、軸方向Ａから見たとき、ある角度（例えば放射方向から少なくとも２０度）となるように配向されてもよい。
【００６１】
一の実施形態では、充填材は、リムにおいて少なくとも第１ビードシートおよび／または第２ビードシートと一次構造要素との間の空間によって規定される部分に配置される。充填材は、リムの周りに周方向に少なくとも部分的に、任意で全体に延びることができる。充填材は、保護材料でもよく、保護インサート内の材料と同じでもよいし、異なっていてもよい。充填材は、発泡体、ハニカム、ラミネート構造、および布であってもよい。発泡体は、連続気泡発泡体または独立気泡発泡体であってもよい。発泡体は、発泡ポリアクリルアミド、発泡ポリウレタン、発泡ポリスチレン、発泡塩化ビニル、発泡アクリルポリマー、発泡ポリエチレン、発泡ポリプロピレンおよび発泡ビニルニトリルなどの発泡ポリアクリルアミドから選択することができる発泡ポリマーを含んでもよい。一の実施形態では、保護インサートは、例えばゴム等のエラストマーポリマーを含み、エラストマーポリマーは、スチレンブタジエンなどの合成ゴム、または天然ゴムであってもよい。エラストマーポリマーは発泡してもしなくてもよい。
【００６２】
充填材は、ＡＳＴＭ  Ｄ  １６２２によって測定される少なくとも１０ｋｇ／ｍ３の、任意で少なくとも２０ｋｇ／ｍ３の、任意で少なくとも３０ｋｇ／ｍ３の、任意で少なくとも４０ｋｇ／ｍ３の密度を有してもよい。充填材は、ＡＳＴＭ  Ｄ  １６２２によって測定される１２０ｋｇ／ｍ３以下の、任意で１１０ｋｇ／ｍ３以下の、任意で７５ｋｇ／ｍ３以下の、任意で６０ｋｇ／ｍ３以下の密度を有してもよい。充填材は、ＡＳＴＭ  Ｄ  １６２２によって測定される１０ｋｇ／ｍ３〜１２０ｋｇ／ｍ３の、任意で２０ｋｇ／ｍ３〜１２０ｋｇ／ｍ３の、任意で３０ｋｇ／ｍ３〜１２０ｋｇ／ｍ３の、任意で４０ｋｇ／ｍ３〜８０ｋｇ／ｍ３の、任意で４０ｋｇ／ｍ３〜６０ｋｇ／ｍ３の、任意で４０ｋｇ／ｍ３〜８０ｋｇ／ｍ３の密度を有することができる。
【００６３】
充填材は、ＡＳＴＭ  Ｄ  １６２１により測定される少なくとも０．１ＭＰａの、任意で少なくとも０．２ＭＰａの、任意で少なくとも０．３ＭＰａの、任意で少なくとも０．４ＭＰａの、任意で少なくとも０．５ＭＰａの、任意で少なくとも０．６ＭＰａの、任意で少なくとも０．７ＭＰａの、任意で少なくとも０．８ＭＰａの、任意で少なくとも０．９ＭＰａの圧縮強度を有してもよい。充填材は、ＡＳＴＭ  Ｄ  １６２１により測定される５ＭＰａ以下の、任意で４ＭＰａ以下の、任意で３ＭＰａ以下の、任意で２ＭＰａ以下の、任意で１．５ＭＰａ以下の、任意で１ＭＰａ以下の圧縮強度を有してもよい。充填材は、ＡＳＴＭ  Ｄ  １６２１により測定される０．１ＭＰａ〜５ＭＰａの、任意で０．３ＭＰａ〜４ＭＰａの、任意で０．４ＭＰａ〜４ＭＰａの、任意で０．７ＭＰａ〜３．５ＭＰａの、任意で０．７ＭＰａ〜２ＭＰａの、任意で０．７ＭＰａ〜１．５ＭＰａの、任意で０．７ＭＰａ〜１．３ＭＰａの圧縮強度を有してもよい。
【００６４】
充填材に使用できる発泡体の例には、Ｒｏｈａｃｅｌｌ（登録商標）のＩＧおよびＩＧ−Ｆ発泡体などのＲｏｈａｃｅｌｌ（登録商標）から入手可能な独立気泡ポリメタクリルイミド発泡体が含まれる。
【００６５】
一の実施形態では、ホイールのスポークをリムに取り付けるための取付要素が充填材に埋め込まれている。一の実施形態では、取付要素は、ナットまたはボルトである。一の実施形態では、取付要素はナットであり、ナットへのボルトの挿入を可能にするために一次構造要素に開口部が設けられている。
【００６６】
一の実施形態では、充填要素がリムに配置される。第１フランジおよび／または第２フランジ内および／または第１ビードシートおよび／または第２ビードシートの下では、充填要素はそれぞれ第１フランジおよび／または第２フランジのリムの周囲の周りに少なくとも部分的に延びる。一の実施形態では、充填要素は、第１フランジおよび／または第２フランジにおける一次構造要素の端部に隣接して配置され、充填要素は、第１フランジおよび／または第２フランジのそれぞれにおけるリムの周囲の周りに少なくとも部分的に延びている。
【００６７】
一の実施形態では、充填要素は、リムの周りに周方向に延びる実質的に一方向の繊維状材料を含む。繊維状材料は、例えば一緒に編組される等互いに絡み合っていてもよく、ロープを形成してもよい。繊維状材料は、構造繊維を含んでもよく、構造繊維は、一次構造要素または外層に使用される構造繊維と同じ種類の構造繊維であってもよいし、同じ種類の構造繊維でなくてもよい。充填要素中の構造繊維は、炭素繊維、アラミド繊維およびガラス繊維から選択される繊維を含んでもよい。
【００６８】
一の実施形態では、第１フランジまたは第２フランジにおける一次構造要素がビードシートの下の領域および／またはバレル内の領域内で分割され、分割によって形成されたキャビティ内に充填材が配置される。一次構造要素がビードシートの下または近くの領域で分割される場合、一次構造要素において最も放射方向の外側に配置された部分が、例えば外層とともにビードシートの一部を形成してもよい。充填材は、この部分と一次構造要素において最も放射方向の内側に位置する部分との間に位置してもよい。
【００６９】
一の実施形態では、１つまたは複数のセンサが、保護インサート内または保護インサートに隣接して、および／または、ビードシートと一次構造要素との間に設けられ、リムまたはその上に配置された任意のタイヤに関する情報とともに受信機に信号を送信する。
【００７０】
一の実施形態では、一のまたは複数のセンサは、保護インサートへのおよび保護インサートを覆う任意の層への損傷についての情報を受信機に送信する。
【００７１】
一の実施形態では、一のまたは複数のセンサは、ワイヤレスまたは有線システムを介してリアルタイムの遠隔測定のまたは電子的な情報を車両の運転システムに渡してもよい。
【００７２】
一の実施形態では、ホイールは専門家の非破壊検査（ＮＤＴ）検査システムおよび／または機器を使用して検査されてもよい。
【００７３】
一の実施形態では、一次構造要素の損傷が最小限であるまたは損傷を受けてない間に、センサが、保護インサートおよび／またはその上の外層の構造的破損または損傷を検出し、専門家によるリムの検査の必要性の示唆を盛り込んでもよい。
【００７４】
センサは、保護インサートおよび／またはリムの上に重なる外層への損傷の程度を遠隔的に評価することを可能にするマルチチャネルまたはシングルチャネルの検出器であってもよい。
【００７５】
本発明の非限定的な実施形態は、ここで図面を参照して説明される。以下に記載される個々の特徴は、本明細書に記載される態様のいずれかまたは本明細書に記載される他の任意選択および好ましい特徴と、関連するいかなる特徴も参照せずに個々に組み合わせることができる。
【００７６】
図１は、一の実施形態に係るハイブリッド型のホイール２のリム１の断面図を示す。本実施形態では、リム１は、ボルト４によってスポーク３にねじ留めされている。ボルト４は、締め具インサート、すなわちナット５によって定位置に保持されている。第１フランジ１０１は、リムの外側フランジ、すなわちホイールが四輪車両に取り付けられたときに最も外側にあるフランジを構成する。第２フランジ１０２は、内側フランジ、すなわちホイールが四輪車両に取り付けられたときに最も内側にあるフランジを構成する。第１ビードシートＢ１は、第１フランジ１０１の軸方向の内側に配置されている。第２ビードシートＢ２は、第２フランジ１０２の軸方向の内側に配置されている。ボルト４は、金属部品であってもよい。インサート５は、ホイールが完全に硬化して金型から取り外された後に孔開けされ、ねじ切りされてもよい。
【００７７】
一次構造要素１０３は、第１フランジ１０１、バレル１０４、および第２フランジ１０２を通って延在している。一次構造要素は、使用時にリムによって支えられる放射方向および／または横方向の荷重の大部分を支えることができる。
【００７８】
保護インサート１０５は、第１フランジの外面１０６と一次構造要素１０３との間に配置されている。
【００７９】
第１フランジに最も近いビードシートＢ１の水平部分（第１ビードシート）は、一次構造要素１０３から離間している。充填材１０７が、第１ビードシートＢ１およびその下の一次構造要素によって形成されるキャビティ内に配置される。充填材１０７は、締め具インサート５を定位置に保持するように機能する。
【００８０】
保護インサート１０５は、第２フランジ１０２の外面１０６と一次構造要素１０３との間に配置されている。充填材１０８が、第２ビードシートＢ２の下方の分割一次構造要素と、ビードシートＢ２においてエネルギー吸収インサート１０５の左側に延びてヌードル（ｎｏｏｄｌｅ）１０９Ａの上の部分１０３Ｖの上方において再接合する一次構造要素１０３と、によって形成されるキャビティ内に配置される。
【００８１】
一次構造要素１０３、ビードシートＢ１、Ｂ２、および保護インサート１０５は、ポリマーマトリックスによって結合されている。一次構造要素およびビードシートは、好ましくは、ポリマーマトリックスによって含浸された構造繊維を有する。すなわち、一次構造要素およびビードシートは、繊維強化プラスチックである。保護インサートはポリマーマトリックスで含浸されていてもよいし、含侵されていなくてもよい。例えば、これらが発泡体を含む場合、これらが連続気泡発泡体であるか独立気泡発泡体であるかに応じて、これらはポリマーマトリックスによって他の成分に結合される他ない。
【００８２】
図２は、実施形態に係る自動車のホイール２に使用するための本明細書に記載のリム１の断面図を示す。図の左側に外側フランジ１０１が、右側に内側フランジ１０２がある。このリムは、締め具インサートが存在せず、さらなる構成要素が図示されている点を除いて、図１のリムと類似している。このリムは、モノブロックホイールで使用するためのものであってもよく、スポーク（図示せず）と一体的に形成されていてもよい。図１の全ての構成要素は、図２でも同様に符号付けされている。図２では、充填要素１０９が第１フランジの一次構造要素の端部に隣接して配置されている。充填要素１０９は、第１フランジ内においてリムの周囲の周りに延びている。充填要素１０９は、本明細書では、ヌードルとも称され得る。充填要素１０９は、例えば、リムの周囲の周り延びている実質的に一方向の繊維材料、編組繊維材料、本明細書に記載の構造繊維等を有していてもよい。充填要素１０９は、（例えば一次構造要素の）繊維材料の正確な配置を確実にし、例えばＲＴＭ工程等の製造工程中の移動を防止するために、図示のように配置することができる。充填要素１０９は、ヌードル繊維に沿って力を消散させることによって一次構造要素の端部への損傷を防ぐようにも機能する。適切なヌードルは、例えばＣｒｉｓｔｅｘ（登録商標）から市販されている編組炭素繊維ヌードルである。
【００８３】
さらなるヌードル１０９Ａが、ビードシートを形成する材料１０１０の方向が変わる部分の下方に配置されてもよい。外側フランジ領域は、スポークおよび締め具システムとの接合部のために、局所的な高い曲げ荷重に対してより脆弱であることがわかった。一次荷重経路と二次荷重経路とが分かれるとともに層間剥離を開始または伝播する可能性がある領域内の構造的空隙は、さらなるヌードル（１０９Ａ）を用いて充填され、したがって層間剥離を引き起こす傾向が低減される。
【００８４】
図３Ａに示すように、一次構造要素１０３は、第１フランジ１０１内において実質的に垂直な部分１０３Ｖを含む。ここで、垂直方向Ｖは、バレルによって規定される軸方向Ａに実質的に垂直な方向Ｒに対応することが分かる。方向Ｒは、本明細書では放射方向とも称され得る。実質的に垂直な部分１０３Ｖの上には、一次構造要素１０３Ｃ１において第１フランジの上側の外縁１０１Ｅに向かって外向きに湾曲している部分がある。実質的に垂直な部分１０３Ｖの下には、ビードシートＢ１の下方で、一次構造要素１０３においてバレル１０４内に延びる部分に向かって湾曲する部分１０３Ｃ２がある。保護インサート１０５は、第１フランジの外面１０６と一次構造要素１０３において実質的に垂直な部分１０３Ｖとの間に配置され得る。
【００８５】
図３Ａでは、（一次構造要素によって形成された）一次荷重経路は、一方側の複合犠牲層（保護インサート１０５とその上にある外層１０１０）と反対側の構造コア（充填材１０７）とによって中央に挟まれていることがわかる。これにより、最適な耐荷重性が確保され、一次荷重経路がビードシートの下／中を通るホイールで発生する可能性がある応力上昇が最小限に抑えられる。
図に示す実施形態では、一次構造要素１０３は構造繊維を有する。本実施形態では、構造繊維は織られた炭素繊維である。好ましくは、一次構造要素は、炭素繊維布の複数の層を含む。構造繊維は、二軸または三軸に織られていてもよい。
【００８６】
本実施形態では、リムは、同様にポリマーマトリックスによって結合された外層１０１０を含む。外層１０１０は、バレルの内側全体（すなわち、リムの軸に最も近い側）にわたって、両方のフランジ１０１、１０２の各上側の外縁１０１Ｅ、１０２Ｅを覆って延在し、ビードシートＢ１、Ｂ２を形成するように各フランジから軸方向の内側に延在し、外層の縁１０１０Ｅは、バレル１０４上で終わる。図に示すように、外層１０１０は、保護インサート１０５の上および充填材１０７を覆うカバーを形成する。本実施形態では、外層１０１０は、層に織り込まれた二軸の構造繊維を有する。好ましくは、本実施形態では、外層１０１０および一次構造要素１０３はそれぞれ、構造繊維を含む複数の布層を有し、一次構造要素は、外層よりも多数の布層を有し、一次構造要素の布層は、実質的に三軸布である。
【００８７】
一次構造要素１０３において、一次構造要素の少なくともいくつかの構造繊維は、放射方向Ｒから見た場合に、リムによって規定される軸と実質的に平行な方向に一次構造要素を通って延びている。すなわち、構造繊維の少なくともいくつかは、第１フランジから第２フランジまでをそれらの間の最短経路（例えば図３Ｂに概略的に示される）に沿ってリムを通って延びる。図１、図２、および図３Ａでは、これはページと同じ平面にあり、第１構造要素に示される線に沿っている。一次構造要素が二軸または三軸織布を有する場合、繊維の軸の一つがフランジからフランジに向かう方向に沿って、すなわちリムの軸方向に沿って、延びるように布が配置されている。
【００８８】
図３Ｂは、放射方向Ｒから見た際の一次構造要素１０３に使用するための三軸の布を概略的に示し、布の繊維の軸の一つが軸方向と平行である、すなわちフランジからフランジ（第１フランジから第２フランジへ）に向かう方向に沿って延びている。
【００８９】
好ましくは、外層１０１０は、放射方向Ｒから見た際に、リムによって規定される軸と実質的に平行な方向に外層を通って延びる繊維を実質的に欠く。すなわち、外層は、第１フランジから第２フランジに向かってそれらの間の最短経路に沿って延びる繊維を実質的に欠く。例えば、外層が二軸の布を有する場合、布は、繊維の軸がどちらもフランジからフランジに向かう方向に沿わないように整列している。繊維の各軸は、好ましくは、フランジからフランジに向かう方向と二軸の布中の繊維の二つ軸のいずれかとの間が少なくとも３０度の角度となるように整列している。例えば、外層は二軸の布であってもよく、繊維はフランジからフランジに向かう方向に対して約±４５°で配向されている。
【００９０】
一実施形態では、一次構造要素は、三軸の布に織り込まれた構造繊維の少なくとも一つの層を有する。繊維の軸の一つは、放射方向Ｒから見た際に、フランジからフランジに向かう方向に沿って、すなわちリムの軸方向に沿って延びている。外層１０１０は、二軸の布に織り込まれた構造繊維の少なくとも一つの層を有する。二軸の布に織り込まれた構造繊維は、放射方向Ｒから見た際に、二軸の布の繊維のいずれの軸もフランジからフランジに向かう方向に沿わないように、すなわち軸方向に沿わないように整列されている。
【００９１】
図３Ｃは、外層に使用するための二軸の布を概略的に示す。例えば、放射方向から見た際に、ビードシートの一部として、布の繊維の軸のいずれもが軸方向に平行ではない、すなわちフランジからフランジ（第１フランジから第２フランジ）に向かう方向に沿って延びていない。布の各軸は、フランジからフランジに向かう方向（または軸方向Ａ）に対して約４５度の角度をなしている。
【００９２】
前述したように、好ましくは、一次構造要素は三軸の布を有し、外層は二軸の布を有し、布の軸は上記のように配向されてもよい。三軸の布は、本明細書に記載されているように、三方向に配向された構造繊維を有してもよく、任意でさらに第４方向において、例えば構造繊維等のさらなる繊維を有してもよい。さらなる繊維は、他の繊維に織り込まれていてもよいし、または縫い込まれていてもよい。これによって、製造工程を支援することができる。
【００９３】
図に示す実施形態では、保護インサート１０５は、発泡体を有する。発泡体は、独立気泡発泡体であってもよいし、または連続気泡発泡体であってもよい。発泡体は、ポリメタクリルイミド（ＰＭＩ）発泡体等の適切な材料から形成されている。
【００９４】
図１、図２および図３Ａの実施形態では、外層１０１０は、第１フランジおよび第２フランジの外面上で保護インサート１０５を覆っている。外層は、保護インサートと異なる色、または外層と保護インサートとの間に配置され得る任意の材料と異なる色を有する。多くの繊維強化ホイールでは、それらはしばしば暗色であり、材料に対するいかなる亀裂または欠けも容易に目に見えないかもしれないので、いずれかの要素の損傷は気付かれないかもしれない。ただし、外層の下に異なる色を含めることで、損傷を早期に検出できる。これは、外層に対するあらゆる損傷の視覚的表示を提供し、あらゆる損傷に対する対処を可能にする。一次構造要素を外層から保護されるものの反対側に配置し、外層への損傷を視覚的に容易に見ることができるということは、損傷が見える時点が一般に一次構造要素に損傷が発生する前であることを意味する。
【００９５】
図１、図２および図３Ａの実施形態では、充填材１０７が、ビードシートとその下の一次構造要素とによって形成されたキャビティ内に配置されている。本実施形態では、充填材は発泡体である。発泡体は、保護インサートに使用されている発泡体と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００９６】
図１に示すように、ホイールのスポークをリムに取り付けるための取付要素が充填材に埋め込まれている。取付要素は、リム製造工程中に、例えば、型締めおよびＲＴＭ注入工程の前に、充填材１０７に予め組み込むことができる。
【００９７】
図４は、図２のリムの内側フランジ１０２の拡大断面図を示す。このフランジの特徴は、第１フランジと同様に番号付けされている。この配置は、一次構造要素がビードシートの下の領域で分割され、充填材１０８が分割によって形成されたキャビティ内に配置されていることを除いて、第１フランジと非常に類似している。外層１０１０は、ビードシート上の一次構造要素を覆って、フランジの上側の縁１０２Ｅおよび保護インサート１０５を覆うフランジの外縁を覆って、延在している。外層１０１０は、第１フランジから第２フランジ１０２に向かってリムのバレルの下に延在している。図に示すように、例えば、一緒に編組された構造繊維等のヌードル１０９は、内側フランジ１０２内の一次構造部品の端１０２Ｅに配置される。また、製造中における繊維材料の正確な配置を確実にし、ＲＴＭ工程中の移動を防ぐためにヌードル（１０９）が図に示すように配置される。ヌードル１０９は、複合耐衝撃／犠牲層１０１０、およびインサート１０５の一体部分を形成する。さらなるヌードル１０９Ａは、一次構造要素１０３の分割部の上方の位置に位置する。
【００９８】
一実施形態では、外層１０１０は、平織りの二軸炭素繊維材料の２層を含む。一次構造要素は、三軸織り炭素繊維材料の４層または５層を含む。保護インサートおよび充填材は、例えばポリメタクリルイミドから形成された独立気発泡体を含む。ヌードルは、炭素繊維の編組材料を含む。一次構造要素内の繊維は、繊維の軸の一つが（例えば、図３Ｂに概略的に示されるように）フランジからフランジに向かう方向に沿って整列するように配向される。外層１０１０内の平織の二軸繊維は、両方の軸が（例えば図３Ｃに概略的に示されるように）フランジからフランジに向かう方向に対して約４５度の角度を成すように配向される。
【００９９】
本明細書の図に示されるすべてのフランジＢ１、Ｂ２上の保護インサート１０５を覆う外層１０１０は、軸方向Ａから見た場合に、放射方向Ｒに整列した繊維を欠く、すなわち外層の繊維がある角度（例えば、放射方向から少なくとも２０度）となるように配向されている。
【０１００】
図５Ａおよび図５Ｂは、保護インサート内に配置された一つまたは複数のセンサ１０１１を有する第１フランジおよび第２フランジをそれぞれ示す。個々のセンサまたは複数のセンサは、リムおよび／またはその上に配置された任意のタイヤについての情報を備える一つのまたは複数の信号を受信機に送信してもよい。一のまたは複数のセンサ１０１１は、外層および／または保護インサートに対するあらゆる損傷を検出するように機能してもよい。
【０１０１】
図６は、自動二輪車に用いることができる多成分ハイブリッドホイールの正面図（軸方向に沿って見た図）を示す。図７Ａは、ホイールのリムの一実施形態の（図６のＡ−Ａ断面に沿った）断面図を示す。図７Ｂは、図７Ａのホイールの右側のフランジの拡大図を示す。ホイールは、スポーク３が一方のフランジよりも他方のフランジの近くに配置されているというよりもむしろ２つのフランジ間の中央に配置されている点で、図１のものと異なる。本ホイールの両方のフランジの構造は、図４のホイールの内側フランジＢ２の構造と同様である。図４のフランジＢ２の特徴に対応する図７Ａおよび図７Ｂの特徴は、同じ番号が付されている。図７Ｂに示すように、一次構造要素は、ビードシートＢ２の下の領域で分割し、充填材１０８は分割によって形成されたキャビティ内に配置される。外層１０１０は、ビードシート上の一次構造部品を覆って、フランジの上側の縁１０２Ｅおよび保護インサート１０５を覆うフランジの外縁を覆って、延在する。外層１０１０は、第１フランジから第２フランジに向かってリムのバレルの下に延在している。図に示すように、例えば一緒に編組された構造繊維等のヌードル１０９は、内側フランジ１０２内の一次構造要素の端部１０３Ｅに配置されている。また、製造中の繊維材料の正確な配置を確実にし、ＲＴＭ工程中の移動を防ぐために、ヌードル（１０９）が配置されている。ヌードル１０９は、複合耐衝撃／犠牲層１０１０、およびインサート１０５の一体部分を形成する。さらなるヌードル１０９Ａは、一次構造要素１０３の分割の上方の位置に位置する。
【０１０２】
一次構造要素は、バレルの中央部分で分割し、締め具インサートが、すなわちナット５が、キャビティ内に配置され、充填材１０７（図示せず）によって定位置に保持されてもよい。リム１は、ナット５にねじ込まれるボルト４によってスポーク３にねじ止めされる。
【０１０３】
図８は、自動二輪車に使用することができる多成分ハイブリッドホイールである、図６のさらなる実施形態のリムの断面図を示す。本実施形態では、ホイールは、スポーク３が一方のフランジよりも他方のフランジに近いというよりもむしろ２つのフランジの間の中央に配置されているという点で、図１のホイールとは異なる。このホイールの両方のフランジの構造は、外層１０１０が、各フランジから軸方向の内側に延びており、一次構造要素と接触するように輪郭形成されている代わりに各フランジ間の縁の全幅を亘ってキャビティを形作る点を除いて、図３Ａの外側フランジＢ１の構造と類似している。このキャビティ内には、充填材１０７の２つの部分が配置され、その間に締め具インサート、すなわちナット５が配置される。図７Ａに示すように、リム１は、金属インサート５にねじ込まれるボルト４によってスポーク３に固定される。
【０１０４】
本明細書に記載されている実施形態のいずれかのリムは、様々な構成要素を組み立て、次いでそれらをポリマーマトリックス中で互いに結合することによって作製することができる。これは、金型内で様々な構成要素を組み立て、次いでそれらをポリマーマトリックス内で互いに結合することを含み得る。例えば、図１、図２および図３の実施形態では、（一次構造要素、ビードシートおよび外層を形成するための）様々な布、保護インサート、充填材、およびヌードルが金型内で組み立てられる。布は、樹脂または樹脂を形成するために重合し得る前駆体材料を予め含浸させ、次いで、モノブロックホイールまたはハイブリッドホイールを形成する場合は任意でスポークとともにリムを形成するように金型内で硬化させてもよい。別の実施形態では、（一次構造要素、ビードシートおよび外層を形成するための）様々な布、保護インサート、充填材、およびヌードルが、金型内で組み立てられ、それらを組み立てるとき（例えば、湿式レイアップ工程またはプリプレグ工程中）、または金型を閉じて後（例えば、樹脂トランスファー成形技術中）のいずれかで、樹脂（または樹脂を製造するための前駆体材料）が適用され、リムを硬化させてポリマーマトリックスを形成し、要素を一緒に結合させる。
【実施例】
【０１０５】
ラジアル荷重試験が、（ｉ）本開示によるリムを備えるホイール（以下では、Ｍｋ２設計と示される）と、（ｉｉ）参照ホイール（以下では、Ｍｋ１設計と示される）と、の２つの異なるタイプのホイールで実施された。試験装置の概略図を図９に示す。試験は、図９に示すように、試験ホイールが放射方向の荷重下で取り付けられる被駆動ドラム９０１を含む。この種の試験は、通常ラジアル疲労試験と呼ばれる。この図において、被駆動ドラムは９０１で示され、試験されるホイールは２で示され、ホイールのリムは１で示され、ホイール上のタイヤは９０２で示され、ホイールのスポークは３で示され、放射方向荷重は矢印９０３で示される。破損前のホイールの回転数が記録される。破損前のホイールの回転数は、タイヤの収縮またはホイールの破損の時点として定義される。記載された試験は、ＳＡＥ  Ｊ３２８に従って行われた。本明細書に記載の試験は、（本開示に従う）炭素繊維リムと、意図的に過剰設計されたアルミニウム合金スポーク中心要素と、を含むホイールアセンブリを使用して行われた。過剰設計されたスポーク中心要素は、スポーク破損モードを排除することによって炭素繊維リムの全能力を決定するために使用された。
【０１０６】
試験された本開示によるリムは、実質的に図１に示されるような断面を有していた。このリムにおいて、外層１０１０は、平織の二軸炭素繊維材料の２層を含み、一次構造要素１０３は、三軸の炭素繊維材料の少なくとも４層を含んだ。保護インサート１０５および充填材１０７は、ポリメタクリルイミドから形成された独立気泡発泡体を含み、ヌードルは、編組された炭素繊維材料を含んだ。炭素繊維の布を互いに結合するために使用された樹脂は、エポキシ樹脂であった。一次構造要素の繊維は、繊維の軸の一つが（図３Ｂに概略的に示されるように）フランジからフランジに向かう方向に沿って整列するように配向された。外層１０１０内の二軸の平織繊維は、（図３Ｃに概略的に示すように）両方の軸がフランジからフランジに向かう方向に対して約４５°の角度をなすように配向されている。
【０１０７】
ラジアル試験荷重は、普通車で６５０ｋｇ、中型車で７５０ｋｇ、大型車で８５０ｋｇに設定した。適用された試験荷重の合計を計算するために、２．２５の荷重補正係数が各ホイールの評価値に乗算された。試験は６５０ｋｇの評価値で始まり、１，０００，０００サイクルに達した。同じホイールを７５０ｋｇでさらにさらに１，０００，０００サイクル試験した。評価値をさらに８５０ｋｇまで上げ、同じ試験ホイールをさらに５００，０００サイクル運転した。要約すると、単一の試験ホイールは、以下を受けた。６５０ｋｇ×２．２５の放射方向荷重で１，０００，０００サイクル、７５０ｋｇ×２．２５の放射方向荷重で１，０００，０００サイクル、および８５０ｋｇ×２．２５の放射方向荷重で５００，０００サイクル。ホイールは試験に合格し、目視検査時にリムに損傷を示さず、初期タイヤ空気圧を保持した。結果が十分であると判断されたため試験は終了したが、ホイールが好ましい状態にあるということは、ホイールがさらに重くそしてより長い試験に耐えることができたことを示唆している。
【０１０８】
本明細書に記載の炭素繊維リム設計（Ｍｋ２）は、取付フランジが内側表面にあることを特徴とする従来の炭素繊維リム設計（Ｍｋ１）を超える有意な改善を示した。試験された従来の炭素繊維リム（Ｍｋ１設計）は、図１０の断面図で概略的に示される。この図では、連結バレル１０４とともに、外側フランジ１０１、内側フランジ１０２、およびビードシートＢ１、Ｂ２が示されている。Ｍｋ１設計では、取付フランジは、その根元に好ましくない応力集中を引き起こし、リム製造の難しさを著しく増加させる。同様の試験で、別の試験家屋で、Ｍｋ１設計ホイールを６５０ｋｇの評価値で５００，０００サイクル試験した。目視検査でリムの損傷の形跡はなく、初期の膨張圧力を失うことはなかった。評価は維持され、同じホイールがさらに５００，０００サイクル、合計１，０００，０００サイクル走行した。５００，０００〜１，０００，０００サイクルの間に、ホイール孔からバルブ孔の近くに空気が漏れ始め、１，０００，０００サイクルでは、膨張圧力は初期膨張圧力と比較して２０％低下した。これらの結果を図１１に示す。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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